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下寒武统水井沱组黄铁矿化海绵骨针硫同位素研究及其环境指示意义

14、古生物、古地理与古环境 > 专题1：地球生物学

寒武纪早期环境变化与早期生命演化有着密切的联系，在早期环境研究中硫同位素有着重要指示意义。沉积物尤其是硫化物矿物（如黄铁矿FeS2）中记录的质量分馏效应δ34S，一定程度上可以反映当时微生物硫还原作用（DSR）的强弱。前人的研究表明，通过模型计算，结合δ34S与黄铁矿含量，可以进一步推测水岩界面附近水体的氧化还原情况（Xianguo Lang,2018）。海绵骨针作为广泛存在的化石类型，在某些时代的岩层中存在黄铁矿化的现象，既保留了其在古生物学研究中的指示意义，又可以为当时的环境研究提供同位素证据。
本研究样品取自湖北省宜昌市滚石坳地区水井沱组下部黑色碳质泥页岩，本层位埋藏有大量黄铁矿化海绵骨针，根据骨针保存均较完整，无明显破碎，无明显定向排列，及围岩为静水沉积泥页岩等特征，推测该地骨针均为原地埋藏。骨针原质地为硅质，在沉积过程中经历硅质溶解与黄铁矿形成与充填，形成大量自形较差、粒径50~200μm、无环带的黄铁矿晶体。除此之外，在基质中保存有少量弥散状黄铁矿，总黄铁矿含量＜5%。
骨针中的黄铁矿原位硫同位素微区测试显示δ34S数值集中于21‰~28‰之间，变化范围较小，且同一晶体内部及同一层位的晶体之间均无明显差异，初步证明黄铁矿化时上覆水体为硫化环境，且S以H2S形式（而非SO42-形式）扩散进入沉积物中，与沉积物中的经过微生物铁还原作用（DIR）形成的Fe2+结合，形成沉积型黄铁矿。根据现有数据可以推测，当时的海绵可能生活在硫化水体环境中，或环境中存在硫化与氧化快速交替的现象，而海绵随氧化还原环境的变化间断性出现。若为前者，可以说明氧气在海绵乃至真核生物的早期演化中并不发挥决定性的作用。若为后者，可以提出寒武纪早期底层水体间断性氧化硫化的观点，为早期生命演化的环境条件研究提供新的想法。之后的研究将对同一层位岩层进行连续采样与检测，进一步对上述假设进行验证。